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化学生物传感创新团队在生物燃料电池领域取得重要进展

时间:2020-05-25 来源:化学与药4008com云顶集团

生物燃料电池作为绿色环保型新能源,在生物催化剂作用下将储量丰富的糖类/醇类氧化并转化成电能。在构建微型化、便携式电源装置方面具有独特的潜在优势。然而,如何发展高性能生物燃料电池及拓展其新型应用是本领域要解决的关键科学问题。青创人才引育-化学生物传感创新团队致力于新型生物燃料电池的构建及其应用研究。在4008com云顶集团化学与药4008com云顶集团盖盼盼教授带领下,该团队取得了重要研究进展,成果发表在化学顶刊Angew. Chem. Int. Ed.、Cell子刊iScience、Anal. Chem、Chem. Commun、Sens. and Actuators B:Chem等学术期刊上。该研究得到了山东省高等4008com云顶集团青创人才引育计划、山东省省属优青项目、国家自然科学基金、4008com云顶集团高层次人才科研基金等项目的资助。

该研究发展了阳极引发阴极燃料释放高性能无隔膜生物燃料电池,有效地克服了传统器件阴阳极相互干扰的关键问题。以pH响应的金属-有机骨架材料作为生物燃料载体,通过阳极反应驱动阴极燃料的可控释放(如下图)。不仅消除了阴阳极干扰反应,且利于电子传输,电池功率输出相较于对照实验提高了700倍。  

 

图:阳极引发阴极燃料释放无隔膜生物燃料电池

发展了基于有机半导体-微生物的杂化光合系统,并实现了二氧化碳到乙酸的高效转化。大气中二氧化碳含量猛增是导致全球温室效应的重要原因,如何实现高效率的人工光合作用,同时又将太阳能转化为电能以应对严峻的能源和环境问题仍具有巨大挑战。构建了有机半导体-非光合细菌的生物杂化光合成系统,作为光敏剂的离子型有机半导体材料可嵌入细菌M. thermoacetica膜内,利于光生电子从光敏共轭分子高效转移到细菌内部,实现了CO2到乙酸的还原。为后续开展的CO2型生物燃料电池奠定了重要基础。

构筑了开信号自供能生物传感平台,实现了DNA甲基转移酶活性的超灵敏检测及抑制剂筛选。DNA甲基转移酶能够催化异常DNA的甲基化反应,其超灵敏检测利于人类疾病早期诊断。该传感平台检测无需富集和分离,适用于甲基转移酶抑制剂的筛选,在DNA甲基转移酶生物检测和肿瘤临床诊断中具有广泛的应用潜力。

开发了具有视觉自检功能的生物传感平台用于副溶血性弧菌的超灵敏检测。通过介导电极颜色变化实现对传感结果的自检,解决了检测过程中假阳性问题,为海洋致病菌简单、快速、灵敏、现场检测提供了工具原型。

基于光电生物燃料电池的自供能生物传感器,实现了microRNA的超灵敏检测。MicroRNA异常表达与人类各种癌症息息相关。自供能microRNA生物传感器直接检测限低至0.05fM,实现了目标microRNA简单、快速、超灵敏检测。

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编辑:薛春燕    阅读:0
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